虚拟电厂电力系统的智能调节者

虚拟电厂:电力系统的智能调节者在"双碳"目标驱动下,虚拟电厂作为新型电力系统的重要组成部分,正在成为调节电力供需、实现削峰填谷的关键技术手段。本报告深入分析虚拟电厂的背景、职能、商业模式及投资机会。核心观点概览背景分析用电终端用电量上涨,形成结构性电力供需失衡,虚拟电厂调控负荷经济性强且立竿见影职能定位虚拟电厂以软件系统为形式,充当"配电+售电"双重角色,聚合终端削峰填谷商业模式体系内建设+运营分成,体系外市场化闭环,形成完整商业生态投资机会关注朗新科技、国能日新、南网科技等电力IT领域优质标的电力供需矛盾日益突出用电量持续增长据国家能源局数据,2022年1-6月,全社会用电量累计40977亿千瓦时,同比增长2.9%。6月份单月用电量达7451亿千瓦时,同比增长4.7%,日均用电量环比大幅增长14.7%。发电增速放缓据国家统计局数据,1-6月份发电3.96万亿千瓦时,同比仅增长0.7%。6月份发电7090亿千瓦时,同比增长1.5%,上月为下降3.3%,日均发电236.3亿千瓦时。电网压力陡增2022年6月以来,国家电网经营区域内,河南、河北、甘肃、宁夏等4个省级电网用电负荷创历史新高,国家电网经营区域最大用电负荷超过8.44亿千瓦。2017-2022年中国全社会用电量统计从数据可以看出,中国全社会用电量呈现持续增长态势,从2017年的6.3万亿千瓦时增长至2021年的8.3万亿千瓦时,年均增长率约7%。2022年上半年用电量已达4.1万亿千瓦时,显示出强劲的用电需求。区域电网负荷创历史新高16月17日西北电网:最大用电负荷创下新高,达到1.12亿千瓦江苏电网:最大用电负荷突破1亿千瓦,较2021年夏季提早19天26月19日华北电网:最大用电负荷达到2.49亿千瓦,创入夏以来负荷新高3整体情况国家电网:经营区域最大用电负荷超过8.44亿千瓦,河南、河北、甘肃、宁夏等4个省级电网用电负荷均创历史新高虚拟电厂:经济性显著的解决方案投资成本对比分析在需求侧,我国东西部电力供需关系趋紧,电力峰谷矛盾日益突出,各地年最高负荷95%以上峰值负荷累计不足50小时,亟需可靠的解决方案来应对。在供给侧,技术日渐成熟促使虚拟电厂成本不断下降。4000火电厂方案通过火电厂实现电力系统削峰填谷,满足5%的峰值负荷需要投资4000亿元500-600虚拟电厂方案通过虚拟电厂在建设、运营、激励等环节投资仅需500-600亿元,成本优势明显根据国家电网测算,虚拟电厂方案的投资成本仅为传统火电厂方案的12.5%-15%,具有极强的经济性和可行性。各省政策密集出台浙江、深圳、上海等用电大省市加速虚拟电厂参与电网调控浙江省2022年6月30日,国网浙江综合能源公司智慧虚拟电厂平台上线,聚合了3.38万千瓦响应资源参与省级电力需求响应市场,标志着该平台正式投入商业化运营深圳市2022年6月13日发布《深圳市虚拟电厂落地工作方案(2022-2025年)》,明确到2025年建成具备100万千瓦级可调能力的虚拟电厂上海市6月印发《上海市数字经济发展"十四五"规划》,发展"虚拟电厂"新业态,推动构建"技术+产品+运营+生态"的产业链条重点省市虚拟电厂政策详解天津市2022年6月,通过建立"虚拟电厂",把近510余个电力大用户纳入可随时调整负荷的资源池山西省2022年6月23日发布《虚拟电厂建设与运营管理实施方案》,虚拟电厂应持续满足相应的聚合资源能力、调节响应能力要求,依据山西省电力市场规则参与交易,提供调频、备用等辅助服务聚合对象包括:电源侧:在山西电网并网运行的光伏、风电、生物质发电等负荷侧:省级智慧能源综合服务平台可调节负荷资源库中的电力用户储能侧:省内电源侧、电网侧、用户侧各类储能设施虚拟电厂的定义与架构以软件系统为形式,充当正负电厂补充电力调配虚拟电厂(VirtualPowerPlant,VPP):一种通过信息技术和软件系统,实现分布式电源、储能、可控负荷、电动汽车等多种分布式资源的聚合和协同优化,以作为一个特殊的电厂,参与电力市场和电网运行的协调管理系统。"正电厂"角色向系统供电,提供电力支持"负电厂"角色消纳系统电力,平衡供需海外虚拟电厂发展历程调节"源-荷"空间显著,海外商业模型成熟1997年虚拟电厂概念首次提出,2006年至今,欧洲、北美、澳洲多国建设了虚拟电厂示范工程,商业模式日趋成熟。2007年-PMVPP项目荷兰|聚合电源侧资源,提高电网调峰调频能力2009年-FENIX项目英国、西班牙、法国、罗马尼亚等|聚合电源侧资源,提高电网系统的稳定性、安全性和可持续性2012年-EDISON项目丹麦|聚合负荷侧资源,平抑分布式能源接入后电力系统的大幅波动2015年-WEB2ENERGY项目德国、波兰等|聚合源网荷资源,验证和实施"智能配电"三大技术2016年-关西VPP&ConEdison日本、美国|聚合源网荷资源,提高能源利用率和电网实时应用能力2018年-光储VPP南澳大利亚洲|聚合源网荷资源,降低用户电费,提高多能源系统稳定性虚拟电厂的核心职能配电:辅助电网削峰填谷虚拟电厂以物联网为基础,通过先进的技术手段,将电网中的分布式电源、可控负荷和储能等装置聚合成一个虚拟的可控集合体,参与电网的调度运行,协调智能电网与分布式电源之间的矛盾,挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和收益。削峰在用电高峰期,通过调控用户侧负荷和储能设备,减少电网压力填谷在用电低谷期,引导用户增加用电或储能充电,提高电网利用效率虚拟电厂削峰填谷机制虚拟电厂与用户及电网交互电网指令削峰与填谷命令分布式资源可再生与储能工业用户需求响应与削峰居民用户可调负荷与储能虚拟电厂(VPP)协调与优化控制商业用户负荷移峰与灵活性虚拟电厂通过接收电网指令和市场调控信号,协调居民、工业、商业等用户侧负荷,以及分布式发电、储能等多元化需求侧资源,实现电力系统的动态平衡和优化运行。虚拟电厂的竞争壁垒售电:聚合用电终端资源核心竞争力聚合下游用电终端为虚拟电厂厂商的核心竞争壁垒。虚拟电厂重要意义是需求响应,如企业在电力供应紧张时,主动减少用电,通过削峰等方式响应供电平衡,并由此获得经济补偿。市场灵活性在虚拟电厂聚合下,企业、居民等用户均可参与电力市场交易,灵活性更高,形成多方共赢的生态系统。广东省虚拟电厂政策升级2022年与2021年版《广东省市场化需求响应实施细则(试行)》对比响应能力要求原方案:单个虚拟电厂响应能力不低于1MW,单个需求响应资源响应能力不低于0.2MW新方案:非直控虚拟电厂的调节能力为所聚合响应资源的响应能力之和且不低于0.3兆瓦响应时长原方案:响应时长均不低于1小时新方案:单次响应持续时间不低于2小时,要求更高聚合资源类别原方案:用户侧储能装置、充电桩、工业生产、制冷、制热等用户可调节负荷资源新方案:传统高载能工业负荷、工商业可中断负荷、用户侧储能、电动汽车充电设施、分布式发电、智慧用电设施等,范围更广商业模式一:电网体系内平台建设虚拟电厂云平台架构以软件为基础在电网体系内搭建虚拟电厂云平台,链接电力系统,通过物联网技术和分布式能源控制技术,链接用电侧消费端(居民、工商业)、储能设备、发电侧可再生能源等。云平台核心虚拟电厂云平台作为中枢,实现资源聚合和智能调度物联网技术实现设备互联互通,数据实时采集和传输分布式控制对分散的能源资源进行协同优化控制资源整合整合风电、光伏、储能、负荷等多类资源商业模式二:削峰填谷补贴分成以广东省为例的运营分成市场测算响应电量目标引导用户通过开展需求响应,实现削峰填谷,逐步形成约占统调最高负荷3%左右的需求响应能力。补贴计算公式补贴费用=有效响应电量×补贴标准×响应系数削峰补贴最高5元/度填谷补贴最高2元/度参与主体电力用户、负荷聚合商均可申请参与需求响应响应类型邀约响应:提前1天或>4小时通知实时响应:即时调度,补贴系数更高广东省需求响应补贴标准序号响应类型提前通知时间补贴标准(元/千瓦时)响应系数1邀约削峰响应提前1天0-512邀约削峰响应>4小时0-51.53实时削峰响应/0-534邀约填谷响应提前1天0-215邀约填谷响应>4小时0-21.56实时填谷响应/0-23实时响应的补贴系数最高可达3倍,体现了对快速响应能力的激励导向。提前通知时间越短,响应难度越大,补贴系数相应提高。商业模式三:市场化闭环作为大电网的外部补充未来虚拟电厂或形成链接发电和用电的市场化闭环,成为大电网体系外在电力市场中的重要参与方。虚拟电厂通过虚拟聚合、参与市场报价、市场出清、下达市场指令、虚拟电厂跟随、参与市场结算等流程参与电力市场。01虚拟聚合聚合代理各类分布式能源资源02市场报价作为售电方参与批发市场报价03市场出清参与电力市场交易出清04指令执行接收并执行市场调度指令05资源跟随聚合内部资源跟随市场指令06市场结算参与市场结算和内部资源结算未来若结合配电网、微电网、分布式光伏的市场化体系发电,有望形成大电网体系外的"配电"+"售电"市场化闭环。投资建议虚拟电厂产业链投资机会"双碳"背景下,电力市场化改革具有强劲动能,下游终端用电加速增长背景下,虚拟电厂参与电力配置将快速显著有效改善电力供需匹配。各地加速了虚拟电厂试点,虚拟电厂景气度提升,电力IT厂商通过帮助电网建设虚拟电厂系统平台、参与补贴分成,将有望显著受益。平台建设商朗新科技、南网科技、远光软件等,提供虚拟电厂云平台建设服务能源管理商国能日新、恒实科技等,专注于新能源发电预测和能源管理设备供应商东方电子、煜邦电力、云涌科技、映翰通等,提供电力自动化和通信设备伴随着电力市场化交易的推开,电力IT相关公司虚拟电厂业务的商业模式加速升级突破,建议重点关注相关标的投资机会。风险提示电网投资不及预期电网投资预算及进度不及预期,或对信息化公司业绩落地形成一定影响。虚拟电厂平台建设依赖于电网公司的投资力度和建设进度,若投资放缓将影响相关企业订单获取。电力市场化改革不及预期电力市场化改革是新能源应用场景实现市场化的重要依托,若电力市场化改革不及预期,行业商业模式突破或进展较慢。市场化交易机制的完善程度直接影响虚拟电厂的盈